弹道导弹突防中的相参干扰

李 宏，牟能文，郭 雷

(1．中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003；2．海装重庆军代局，重庆 400020)

弹道导弹突防中的相参干扰

李 宏1，牟能文2，郭 雷1

(1．中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003；2．海装重庆军代局，重庆 400020)

分析了相参干扰相对于噪声干扰的优缺点。在此基础上，针对弹道导弹突防的特殊应用，对相参干扰的反应时间设计、假目标密度设计以及多目标的干扰问题展开了分析研究，得出了一些有益的结论。

相参干扰；干扰反应时间；假目标密度；多目标干扰

0 引言

为在国与国之间的博弈中掌握主动，发展并掌握弹道导弹技术有着重要的战略意义。以美国导弹防御系统为典型代表的导弹防御(MD)系统的出现，给弹道导弹带来了很大威胁。弹道导弹要发挥威力，必须考虑突防问题。导弹突防有很多技术措施，其中有源电子干扰是较为经济实用的一种常用措施。导弹防御系统的核心是作为传感器的雷达，有源电子干扰正是试图通过干扰敌方导弹防御系统中的雷达，缩短其发现导弹的距离或者破坏其识别系统，使导弹防御系统来不及反应，从而使己方攻击弹头突防敌方导弹防御系统而攻击预定的目标。由于弹道导弹的载荷十分有限且宝贵，对功率、体积和质量要求相对较为宽松的相参干扰技术得到了广泛的应用。相参干扰是目前普遍采用的一种干扰技术，其在不同的应用场合有不同的应用方式，本文针对导弹突防的要求来研究相参干扰的应用方式。

1 雷达相参干扰的优缺点

1.1 相参干扰的优点

最早发展并得到应用的雷达干扰技术是噪声干扰[1]，包括射频噪声、调幅噪声、调频噪声等，这种干扰样式几乎对各种不同体制、不同应用目的的雷达均有一定的干扰效果。噪声干扰实际上就是跟雷达硬拼功率，在干扰与雷达之间的博弈中，谁的功率大，谁就占有优势，因此这种干扰样式比较适合于干扰机的功耗、体积、质量均不受限的场合，如地面大功率干扰站等。相参干扰是采用数字射频存储(DRFM)技术，将接收到的雷达信号进行存储，然后进行一定的调制后再进行转发。这种干扰技术是基于对欲干扰雷达信号的直接采集存储，具有一定的相参性，进入欲干扰雷达接收机后经雷达信号处理，可以得到雷达信号处理的部分甚至全部相参处理得益。相对于噪声干扰，要达到同样的干扰效果，这种干扰样式对功率的要求可以大大降低，因此比较适合于干扰机的功耗、体积、质量等受限的场合，如无人机载干扰机、弹载干扰机等。

相对于噪声干扰来说，相参干扰的最大优点是能够节省干扰功率，这是其优势所在，然而它在其他方面必然会有所失，也即它必然存在缺点。

1.2 相参干扰的缺点

相对于噪声干扰，相参干扰主要存在以下缺点：

1)干扰滞后

由于相参干扰是干扰机先采集并存储侦收到的雷达信号后，再进行调制和延时复制转发，因此，干扰机发出的干扰信号必然要滞后于其自身平台的回波信号。譬如，设雷达发射脉冲宽度为128μs，干扰机在全脉冲采集存储后再转发，则干扰信号的发出时间至少要滞后于干扰机平台回波信号128μs，在雷达显示器上，假目标至少在干扰机平台后面19.2km才开始出现。这种情况下，干扰机只能掩护身后的目标而不能掩护自身。

2)假目标之间存在间隙

相参干扰是复制的一个个假目标，假目标之间必然存在间隙。如果雷达信号为常规窄脉冲，那么在欲干扰雷达显示器上形成的假目标间隔就等于干扰机复制假目标的延时间隔，如图1所示，图1(a)为干扰机收到的雷达信号，图1(b)为干扰机转发的多假目标干扰信号，其中τ为干扰机复制的假目标间隔。

图1 对常规窄脉冲雷达干扰的假目标间隔示意图

如果雷达采用大时宽带宽积信号(如线性调频信号)，干扰机在转发完一个完整的脉冲后，再转发下一个脉冲，即使之间没有任何时延，干扰信号在经过雷达脉冲压缩处理后，也将变成一个一个隔开的假目标。即如果雷达发射信号的脉冲宽度为128μs，干扰机在转发完一个完整的假目标之后没有时间间隔即刻转发下一个假目标，则在欲干扰雷达显示器上形成的假目标间隔将为19.2km；若雷达发射脉冲宽度为64μs，则在欲干扰雷达显示器上形成的假目标间隔为9.6km。

3)多目标干扰能力较弱

考虑一部干扰机只有一个干扰源的情况。对于噪声干扰来说，只要欲干扰的雷达工作频率在干扰带宽内，且位于干扰波束覆盖范围内，则不管有多少部雷达，都将会同时受到干扰；而对于相参干扰来说，其瞬时只能干扰一部雷达，对干扰波束覆盖范围内的多部雷达，只能采用分时的方式进行干扰，故多目标干扰能力较弱[2]。

2 导弹突防的相参干扰应用

相参干扰虽然存在一些缺点，但在导弹突防的应用场合可以因地制宜地加以利用或加以改进。

2.1 干扰反应时间设计问题

对于弹道导弹来说，干扰机的使命是掩护弹头突防，因此干扰机首要的任务是掩护其身后的弹头，其次才是掩护其自身。一般把干扰信号滞后于其自身平台回波信号的时间称为干扰反应时间，因此必须要考虑到干扰反应时间问题。由于相参干扰信号总是滞后于干扰机平台自身的雷达回波信号，即不能进行自卫干扰，因此实际作战中干扰机平台将暴露出来，很容易受到攻击。对于定频雷达或者频率脉组捷变雷达，采用跨周期干扰的方法可以弥补这个缺陷。但是对于频率脉间捷变雷达，这种方法就鞭长莫及了。而且，下面将分析到，当要干扰多个目标时，不管雷达工作在什么模式，均不宜采用跨周期干扰的方法。

现代器件的制作工艺和水平已经使得硬件的反应时间小到基本可以忽略，因此相参干扰的反应时间可近似认为等于其采集雷达脉冲信号的时长。如若干扰机采集雷达信号的时长为200μs，则干扰反应时间就可近似认为是200μs，在雷达显示器上显示的干扰信号将滞后于平台30km；若采集雷达信号的时长降为4μs，则在雷达显示器上显示的干扰信号将只滞后于平台600m。假设弹道导弹在飞行过程中其弹头总是在伴飞干扰机之后3km，则干扰机采集雷达信号的时长只要不大于20μs，干扰信号就可以遮盖住弹头回波，即可以有效掩护弹头突防。如果雷达发射信号脉宽为200μs，而干扰机每次只采集其前20μs然后转发，则经过雷达脉压以后，干扰信号功率将损失相参处理得益20lg(200/20)=20dB，所以一般采用间歇采样的干扰方法[3-4]，即采集20μs的雷达信号后，马上转发这20μs的采集信号，再采集20μs信号后马上转发，如此反复。间歇采样干扰的基本原理如图2所示，若设全脉冲采样转发干扰经雷达脉压后的信干比为0dB，则间歇采样干扰经雷达脉压后的结果如图3所示，这样干扰信号功率将只损失相参处理得益约20lg2=6dB。

图2 间歇采样干扰的基本原理

图3 间歇采样干扰脉压后结果

但这种干扰方法带来的一个问题是假目标的间隔达30km，将无法遮盖住真目标，因此这种方法需要改进。其中一种可行的方法可以称之为“叠加复制的间歇采样干扰”，在图2中，在第二个干扰时间段内，将第一次和第二次采集的信号同时转发，在第三个干扰时间段内，将第一、第二和第三次采集的信号同时转发，如此反复。这样叠加后的假目标间隔将缩小为6km，为没有叠加前的1/5，但每个假目标的功率也将下降为没有叠加前的1/5，也即用功率的减小换来密度的加大。

当然，为更加缩短干扰出现在平台身后的距离，可进一步减少干扰反应时间。如将干扰反应时间设为5μs，且干扰占空比仍为1/2，没有叠加时干扰功率损失仍为6dB，而干扰信号只滞后于平台750m，假目标间距也是30km；叠加后的假目标间隔将缩小为1.5km，为没有叠加前的1/20，但每个假目标的功率也将下降为没有叠加前的1/20。

若干扰机还要掩护自身突防，可以采用移频干扰的方法[5-6]，通过移频，使得假目标“跑”到干扰机平台前面去。关于移频干扰的原理这里不再赘述。需要说明的一个问题是，移频干扰一般只适用于采用线性调频信号的雷达，且干扰机需要侦察分析出线性调频信号的调频斜率，然后采取相应的移频策略。如线性调频信号为正斜率，则采用正移频；反之，若线性调频信号为负斜率，则要采用负移频。否则，不但不能使干扰前移，还会使干扰更加滞后。需要说明的第二个问题是，移频也是以干扰信号相参处理得益的损失为代价的，移频越多，则移的距离越远，但干扰信号与雷达匹配滤波器失配越大，干扰功率的损失也越大；而且，移频的幅度是很有限的，不能无限制地移频，移频的极限由欲干扰雷达信号的时宽和带宽决定。

2.2 假目标密度设计问题

在导弹突防应用中，假目标密度是另一个需要考虑的问题。如果假目标太稀疏，则容易暴露真实目标；如果太密集，则每个假目标功率小，压制效果不明显。对于现代脉冲压缩雷达，相参干扰一般采用全脉冲复制或者间歇采样干扰方式，若干扰信号没有进行叠加，则假目标的间距约等于雷达脉宽对应的距离，如雷达脉宽为200μs，则假目标间距为30km。为加大假目标的密度以达到压制效果，一般有两种方法：“叠加”和“部分截取”，由于“部分截取”相对于“叠加”来说功率损失要更大一些，故一般采用“叠加”的方法。相参干扰提高假目标密度是靠每个脉冲功率的损失为代价的，假目标越密，则每个假目标的功率越小。那么，假目标要密集到什么程度才合适呢？

为了使虚警率不至于过高，现代雷达广泛采用恒虚假(CFAR)技术[7]，常用的CFAR检测单元如图4所示[8]。相参干扰对雷达的能量压制是通过抬高雷达CFAR检测门限，使得真目标回波处于雷达检测门限之下而不能被雷达检测到。

图4 雷达恒虚警单元

传统的噪声干扰属于连续波干扰，可以始终覆盖雷达CFAR处理单元，通过CFAR处理来提高雷达检测门限，进而压缩雷达的作用距离。相参干扰属于假目标干扰，假目标是不连续的，根据假目标间距不同，其有可能始终覆盖也有可能不能覆盖雷达CFAR处理单元：当假目标间距不大于雷达CFAR处理单元(19个雷达距离单元)时，至少有一个假目标可以落入雷达CFAR处理单元，从而有可能通过CFAR处理提高检测门限来影响雷达对目标的检测；反之，当假目标间距大于雷达CFAR处理单元时，则可能存在一个假目标也落入不了雷达CFAR处理单元的情况，这时雷达检测门限跟没有干扰时相同，无论干扰信号多强，目标回波信号只要大于雷达的检测门限，就能被检测出来，干扰就不能通过CFAR处理来影响雷达对目标的检测。因此，要求假目标间距不能大于雷达CFAR处理单元。要设计假目标的间距，可以分以下三种情况进行考虑：

1)雷达采用单元平均选大CFAR处理方式

此时检测门限为：

(1)

式中，y为雷达检测门限；k为比例系数，根据雷达发现概率和虚警概率的要求而定；ui为各CFAR单元中的信号电平。

根据(1)式，当假目标间距与雷达CFAR处理单元数刚好相同(即为19个雷达距离单元)时，能保证总有一个假目标落在雷达CFAR处理单元内，设此时每个假目标的功率为P，不考虑雷达接收机噪声的影响，则雷达检测门限约为y=kP/8。当假目标间距小于19个雷达距离单元时，其每个假目标功率必然小于P，雷达检测门限也必然小于y=kP/8，所以干扰压制效果将减弱，如设假目标间距为9.5个雷达距离单元，此时，目标左右各有一个假目标落入CFAR处理单元内，每个假目标的功率为P/2，但根据(1)式，此时雷达检测门限将为y=kP/16。因此，当雷达采用单元平均选大CFAR处理方式时，相参干扰的假目标最佳间距为雷达CFAR处理单元数。

2)雷达采用单元平均CFAR处理方式

此时检测门限为：

(2)

此时所有落入雷达CFAR处理单元的假目标均参与了检测门限的确定，也即干扰能量没有损失，因此，当雷达采用单元平均CFAR处理方式时，相参干扰的假目标间距只要不大于雷达CFAR处理单元数，其功率的利用率就基本相当，雷达检测门限均约为y=kP/16。

3)雷达采用单元平均选小CFAR处理方式

此时检测门限为：

(3)

同样的原理可得，这种情况下相参干扰的假目标间距为雷达CFAR处理单元数的一半(即9.5个雷达距离单元)时，其功率的利用率最佳，此时雷达检测门限约为y=kP/16。

2.3 对多目标的干扰问题

相参干扰瞬时只对一个目标进行干扰，要干扰多个目标时，只能采用分时干扰的方法。若干扰机为支援干扰，则希望干扰机能够在雷达全量程形成干扰，此时若要分出时间去干扰其他雷达，必然大大影响干扰效果[9]。弹道导弹突防时，干扰机只需掩护其身后一定距离的弹头，而不需要全量程干扰雷达，所以可以分出时间去干扰多个目标。譬如，设干扰机要干扰3部雷达，3部雷达的重复周期均为3ms，设导弹飞行过程中弹头始终位于干扰机身后1～5km范围内，则干扰机对其中1部雷达干扰0.2ms，即可在身后形成约30km的干扰带，足够遮盖住弹头目标。这样在一个雷达重复周期内，干扰机可以对3部雷达轮流干扰5次。当然，要干扰的雷达数目越多，则在一个雷达重复周期内每部雷达受到干扰的次数就会越少，由于各雷达脉冲到达干扰机的时间是随机的，则雷达脉冲被漏掉的概率就越大，单部雷达的干扰效果就会越差。所以，弹道导弹突防时，干扰机的多目标干扰能力与欲干扰雷达的参数紧密相关，不能简单而论。

3 结束语

由于弹道导弹有效载荷的宝贵性，弹载突防干扰机比较适合采用对功率要求相对较为宽松的相参干扰技术。本文在分析相参干扰优缺点的基础上，针对弹道导弹突防的特殊应用，对相参干扰的反应时间、假目标密度以及多目标干扰问题进行了分析研究，得到了一些有益的结论。当然，弹道导弹突防干扰是一项长久的课题，随着干扰技术的发展以及应用情况的变化将会不断地发展变化，很多问题也会在实践中逐步暴露出来，需要广大科技工作者不断加以关注。■

[1] 赵国庆．雷达对抗原理[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1999.

[2] 李宏．单通道DRFM干扰机多目标干扰性能分析[J]．电子对抗，2011(4)：1-4.

[3] 王雪松,刘建成,张文明，等.间歇采样转发干扰的数学原理[J].中国科学E辑:信息科学,2006,36(8)：891-901.

[4] 刘忠.基于DRFM的线性调频脉冲压缩雷达干扰新技术[D].长沙:国防科技大学,2006.

[5] 刘巧玲,李文臣,张文明，等.间歇采样移频转发干扰效果仿真分析[J].电子信息对抗技术,2009,24(1)：48-50.

[6] 李宏，杨英科．移频干扰的性能分析[C]∥航天电子对抗专业委员会第四届学术年会论文集.宁波：航天电子对抗专业委员会，2012：175-179.

[7] 丁鹭飞，耿富录．雷达原理[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1995.

[8] 马晓岩，向家彬，等．雷达信号处理[M]. 长沙：湖南科学技术出版社，1999.

[9] 李宏．部分截取雷达信号相参干扰性能分析[J]．电子信息对抗技术，2010，25(3)：39-44.

Coherent jamming in ballistic missile penetration

Li Hong1， Mou Nengwen2， Guo Lei1

(1.Luoyang Electronic Equipment Testing Center,Luoyang 471003，Henan,China;2.The Military Representative Office of Naval Equipment Department,Chongqing 400020，China)

The advantages and disadvantages of coherent jamming compared with noise jamming are analyzed. Aiming at the utility in ballistic missile penetration, coherent jamming response time，false-target density design and multi-target jamming are studied, and some beneficial conclusions are given.

coherent jamming；jamming response time；false-target density；multi-target jamming

2014-11-19；2015-01-08修回。

李宏(1969-)，男，研究员，博士，主要研究方向为雷达及雷达对抗。

TN972+.1；TJ761.3

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